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GH4151合金高溫變形行為及組織與性能

發(fā)布時(shí)間: 2022-11-21  點(diǎn)擊次數(shù): 618次

GH4151合金作為一種新型難變形鎳基高溫合金,因其優(yōu)異的綜合性能和較高的服役溫度,成為發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮鷾u輪盤用變形高溫合金。該合金添加了約35 wt.%的固溶強(qiáng)化元素(Co、Cr、W、Mo),而高達(dá)10 wt.%左右的沉淀強(qiáng)化元素(Al、Ti、Nb),是沉淀強(qiáng)化元素含量最高的渦輪盤用變形高溫合金。GH4151的高合金化特點(diǎn),一方面能夠提高合金的服役溫度和高溫強(qiáng)度,但不可避免地降低了合金的熱加工性能;另一方面合金中元素的微觀偏析和高達(dá)52%的y'強(qiáng)化相,使得合金在熱加工條件下組織演變非常復(fù)雜,組織與性能控制難度極大。

牌號(hào):  GH4151

C(%):  0.05~0.11

Cr(%):  9.5~10.0

Mo(%):  2.5~3.1

Ni(%):  余量

Co(%):  15.0~16.5

W(%):  6.0~7.5

Al(%):  5.7~6.2

Nb(%):  1.95~2.35

Ti(%):  —

B(%):  0.12~0.02

Fe(%):  ≤0.7

Mn(%):  —

其他(%):  Ce≤0.02,Zr0.03~0.05

GH4151作為一種新型高溫合金材料,目前關(guān)于熱加工與熱處理方面的基礎(chǔ)研究較少,尤其是關(guān)于該合金高溫變形行為及動(dòng)態(tài)軟化機(jī)制、不同熱處理下組織與性能控制方面缺乏系統(tǒng)深入的研究。

針對上述問題,本文開展了如下研究工作:

(1)采用熱物理模擬試驗(yàn)研究了熱擠壓態(tài)合金高溫變形行為,建立了基于雙曲正弦型的Arrhenius本構(gòu)關(guān)系模型和動(dòng)態(tài)材料模型(DMM)的熱加工圖,確定了擠壓棒材熱變形、盤鍛件模鍛的熱加工區(qū)間。研究表明,盤鍛件模鍛的最佳熱加工區(qū)間為:1045-1125℃、應(yīng)變速率ε10-2.5s-1。

(2)為了驗(yàn)證熱擠壓態(tài)合金的超塑性的有效性,本文研究了合金分別在1060℃、1080℃和 1100℃,10-4 s-1、5×10-4 s-1和10-3 s-1應(yīng)變速率下的超塑性拉伸行為。不同溫度下應(yīng)變速率敏感系數(shù)分別為m1060℃=0.69,m1080℃=0.73,m1100℃=0.73,不同應(yīng)變速率下變形激活能分別為Q10-4=192kJ/mol,Q5×10-4=258kJ/mol,Q10-3=342kJ/mol。研究表明,當(dāng)應(yīng)變速率ε=10-4s-1拉伸時(shí),超塑性變形主要以晶界擴(kuò)散控制的晶界滑動(dòng)機(jī)制為主;而ε=5×10-4 s-1和ε=10-3s-1時(shí),以體擴(kuò)散控制的晶界滑移機(jī)制為主。



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